JP6953525B2 - 噴霧化技術用の溶融物の処理 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年10月17日に出願された米国特許出願第15/295,733号の利益を主張するものであり、その出願の全開示は、本出願の開示の一部とみなされ、参照により本明細書に組み込まれる。
真円度(R)=4×([面積]/(π×[長軸]2))=1/AR
式中、AR=[長軸]/[短軸]である。
図7の表に示される組成を有する粉末金属材料の球形度、内部空隙、および内部酸化物の観察は、水噴霧化プロセス後に測定された。組成物のうちの4つは、噴霧化工程の前に溶融金属材料に添加されたマグネシウムを含み、それらのうちの3つは、添加されたマグネシウムを含まない同じ材料と比較された。これらの粉末のそれぞれについて、約15〜25キログラムの原料を誘導炉で溶融した。噴霧化プロセスを通して、アルゴン流を溶融物の上に噴射した。次いで、Mgを、FGP1210Mgと表されるケイ素鋼、およびFGP4025Mg、FeSiMg(3.65重量%のMg)と表される鋳鉄に対して、純Mgとして添加するのに加えて、S4−FGP#1と表される鋳鉄に対して約0.01重量%のNaの付加として、ならびにステンレス鋼粉末(SS304Mg)に対してNiMg(15重量%Mg)として添加した。噴霧化温度は、ケイ素鋼については摂氏約1550度、鋳鉄FGP4025Mgについては摂氏約1500度、鋳鉄S4−FGP#1については摂氏約1620度、およびステンレス鋼については摂氏約1640度であった。水圧は、ケイ素鋼については4.5MPa、鋳鉄FGP4025Mgについては2.6MPa、鋳鉄S4−FGP#1については5.0MPa、およびステンレス鋼については7.5MPaであった。Mgで処理した4つの粉末では、Mg添加後約10〜20分で噴霧化が完了した。上記の詳細は実験室で実行されたが、同様のメカニズムおよび傾向は、産業環境にも反映される。
Claims (25)
- 粉末金属材料を製造する方法であって、
少なくとも1つの添加剤を溶融卑金属材料に添加する工程であって、前記少なくとも1つの添加剤が、処理される前記溶融卑金属材料の体積の少なくとも3倍の体積を有する溶融金属材料を囲む保護ガス雰囲気を形成する、工程、および
前記少なくとも1つの添加剤のうちの少なくともいくつかを添加した後に前記溶融金属材料を噴霧化して、複数の粒子を製造する工程を含む、方法。 - 前記粒子のメジアン円形度が、少なくとも0.60である、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子のメジアン真円度が、少なくとも0.60である、請求項1に記載の方法。
- 前記噴霧化工程後に前記粒子を熱処理して微細構造成分または相を形成する工程をさらに含み、前記微細構造成分または相が、少なくとも0.60のメジアン円形度および少なくとも0.60のメジアン真円度を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記金属材料が、鉄系材料であり、前記少なくとも1つの添加剤が、マグネシウムを含み、前記微細構造成分または相が、黒鉛沈殿物ならびに/または炭化物および/もしくは窒化物であり、前記相および/または成分が、少なくとも0.60のメジアン円形度および少なくとも0.60のメジアン真円度を有する、請求項4に記載の方法。
- 前記噴霧化工程が、水噴霧化、ガス噴霧化、プラズマ噴霧化、または回転ディスク噴霧化を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記噴霧化工程が、水噴霧化を含み、前記水噴霧化工程が、前記溶融金属材料に2MPa〜150MPa以上の圧力で水を加えることを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記卑金属材料が、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、およびクロム(Cr)のうちの少なくとも1つを含み、前記卑金属材料が、銀(Ag)、ホウ素(B)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)、炭素(C)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、カリウム(K)、ランタン(La)、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、モリブデン(Mo)、窒素(N)、ナトリウム(Na)、ニオブ(Nb)、リン(P)、硫黄(S)、スカンジウム(Sc)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ストロンチウム(Sr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、亜鉛(Zn)、およびジルコニウム(Zr)からなる群から選択される少なくとも1つの合金元素を任意に含有する、請求項1に記載の方法。
- 前記卑金属材料に添加される前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料が鉄系材料であり、前記保護ガス雰囲気を形成する前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、およびCaのうちの少なくとも1つを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料が鉄系であり、不純物として存在する硫黄を含み、前記少なくとも1つの添加剤が、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記硫黄と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料が鉄系であり、不純物として存在する少なくとも1つの酸化物を含み、前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの酸化物と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料が鉄系であり、不純物として存在する硫黄および少なくとも1つの酸化物を含み、前記保護ガス雰囲気を形成する前記少なくとも1つの添加剤が、Zn、Mg、Li、Sr、およびCaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの添加剤がまた、前記硫黄および前記少なくとも1つの酸化物と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料がアルミニウム合金であり、不純物として存在する硫黄および/または少なくとも1つの酸化物を含み、前記保護ガス雰囲気を形成する前記少なくとも1つの添加剤が、KおよびNaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記硫黄と反応し、かつ/または前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Mg、Li、Caのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの酸化物と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料がチタン系であり、不純物として存在する硫黄および/または少なくとも1つの酸化物を含み、前記保護ガス雰囲気を形成する前記少なくとも1つの添加剤が、Zn、Mg、Li、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記硫黄と反応し、かつ/または前記少なくとも1つの添加剤が、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの酸化物と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料がコバルト合金であり、不純物として存在する硫黄および/または少なくとも1つの酸化物を含み、前記保護ガス雰囲気を形成する前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Li、およびCaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの添加剤が、Na、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記硫黄と反応し、かつ/または前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、Baのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの酸化物と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記卑金属材料がクロム合金であり、不純物として存在する硫黄および/または少なくとも1つの酸化物を含み、前記保護ガス雰囲気を形成する前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記硫黄と反応し、かつ/または前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含み、前記少なくとも1つの酸化物と反応する、請求項8に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの添加剤がMgを含む、請求項8に記載の方法。
- 卑金属材料および少なくとも1つの添加剤から形成された複数の噴霧化粒子を含み、前記噴霧化粒子が、少なくとも0.60のメジアン円形度および少なくとも0.60のメジアン真円度を有する、水噴霧化粉末金属材料。
- 前記卑金属材料が、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、およびクロム(Cr)のうちの少なくとも1つを含み、前記卑金属材料が、銀(Ag)、ホウ素(B)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)、炭素(C)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、カリウム(K)、ランタン(La)、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、モリブデン(Mo)、窒素(N)、ナトリウム(Na)、ニオブ(Nb)、リン(P)、硫黄(S)、スカンジウム(Sc)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ストロンチウム(Sr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、亜鉛(Zn)、およびジルコニウム(Zr)からなる群から選択される少なくとも1つの合金元素を任意に含有する、請求項19に記載の粉末金属材料。
- 前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含む、請求項20に記載の方法。
- 卑金属材料および少なくとも1つの添加剤から形成された複数の噴霧化粒子を含み、前記噴霧化粒子が、微細構造成分または相を含み、前記微細構造成分または相で少なくとも0.60のメジアン円形度および少なくとも0.60のメジアン真円度を有する、水噴霧化粉末金属材料。
- 前記卑金属材料が、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、およびクロム(Cr)のうちの少なくとも1つを含み、前記卑金属材料が、銀(Ag)、ホウ素(B)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)、炭素(C)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、カリウム(K)、ランタン(La)、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、モリブデン(Mo)、窒素(N)、ナトリウム(Na)、ニオブ(Nb)、リン(P)、硫黄(S)、スカンジウム(Sc)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ストロンチウム(Sr)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、亜鉛(Zn)、およびジルコニウム(Zr)からなる群から選択される少なくとも1つの合金元素を任意に含有する、請求項22に記載の粉末金属材料。
- 前記少なくとも1つの添加剤が、K、Na、Zn、Mg、Li、Sr、Ca、およびBaのうちの少なくとも1つを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記卑金属材料が鉄系材料であり、前記少なくとも1つの添加剤がMgを含み、前記微細構造成分または相が黒鉛沈殿物であり、前記黒鉛沈殿物が0.60のメジアン円形度および0.60のメジアン真円度を有する、請求項23に記載の粉末金属材料。
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